JP2000332657A - 線形化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 極めて簡単な構成で、かつ煩雑な調整なしに
信号処理回路の非線形性に基づく歪成分をキャンセルす
る。 【解決手段】 設計者等は、増幅部１３の入出力関数を
把握して、増幅部１１の入出力関数が増幅部１３と近似
するような調整を行う。増幅部１１は、入力信号を増幅
する際に、入出力関数の非線形性に基づいた２次の高調
波歪成分を主信号に重畳して増幅信号を出力する。位相
反転部１２は、増幅部１１が出力した増幅信号を受け付
けて、位相を反転させて増幅部１３に出力する。増幅部
１３は、入力信号を増幅する際に主信号に２次歪成分を
重畳する。増幅部１３が重畳する２次歪成分は、位相反
転部１２から逆極性で入力される２次の高調波歪成分に
よって、結果的にキャンセルされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、線形化装置に関
し、より特定的には、信号処理回路が有する非線形な入
出力特性に係る２次歪成分をキャンセルするための線形
化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】増幅器や光電気変換器や電気光変換器等
の信号処理回路が出力する信号には、一般に、当該信号
処理回路を構成する素子の非線形性が原因となって、当
該信号処理回路に固有の高調波歪成分（以下、歪成分と
称す）が重畳される。従来、各種信号処理回路が有する
非線形性に起因してその出力信号に重畳される歪成分を
キャンセルする方法の１つとして、プリディストーショ
ン方式が知られている。このプリディストーション方式
は、対象となる信号処理回路が発生する歪成分と大きさ
が等しくかつ逆位相の歪成分（以下、逆歪成分と称す）
を予め主信号に重畳しておき、当該逆歪成分が重畳され
た主信号を信号処理回路に入力することにより、信号処
理回路で生じる歪を結果的にキャンセルするようにした
ものである。

【０００３】図５は、プリディストーション方式を採用
した従来の光伝送装置の構成の一例を示している。図５
を参照して、従来の光伝送装置について説明する。

【０００４】図５に示した光伝送装置は、線形化装置４
００および電気光変換部４１０を備えている。線形化装
置４００は、分配器４０２と、ディレイ量調整部４０３
と、歪成分発生部４０４と、結合器４０５とを含む。分
配器４０２には、例えば周波数多重された主信号が入力
される。分配器４０２は、入力された主信号を分配し
て、ディレイ量調整部４０３および歪成分発生部４０４
に出力する。ここで、電気光変換部４１０の非線形性は
既知であるものとする。歪成分発生部４０４は、電気光
変換部４１０の非線形性に対応した適切な逆歪成分を生
成する。この適切な逆歪成分とは、電気光変換部４１０
が主信号に重畳する歪成分と大きさが等しくかつ逆位相
の歪成分をいう。また、ディレイ量調整部４０３は、歪
成分発生部４０４が行う信号処理によって生じる遅延を
補償するために、主信号を所定時間だけ遅延させる。こ
れによって、線形化装置４００は、適切な逆歪成分を、
主信号の適切な位置に重畳することができる。これによ
り、電気光変換部４１０が発生する歪成分は結果的にキ
ャンセルされる。

【０００５】図６は、歪成分発生部４０４の構成を示す
ブロック図である。以下、図６を参照して、歪成分発生
部４０４の動作についてより詳細に説明する。なお、以
下の説明では、特に断らない限り歪成分とは、高調波歪
成分を意味するものとする。

【０００６】歪成分発生部４０４は、分配器４０と、第
１増幅器４１と、第２増幅器４２と、結合器４３とを備
えている。なお、第１および第２の増幅器４１および４
２は、電気光変換部４１０の非線形性に基づいて、適切
な歪成分を生成するように構成されているものとする。
分配器４０は、図５の分配器４０２から与えられる入力
信号４４を、大きさが等しく互いに逆位相の信号ｆ１，
−ｆ１に分割し、分割した信号ｆ１，−ｆ１を、それぞ
れ、信号４５，信号４９として出力する。信号４５は、
第１増幅器４１に入力される。第１増幅器４１は、２次
以上で正極性の高調波歪成分を入力信号４５に重畳し
て、増幅信号４６として出力する。一方、信号４９は、
第２増幅器４２に入力される。第２増幅器４２は、第１
増幅器４１が生成する歪成分と同極性の偶数次数の歪成
分（２次歪ｆ２、４次歪ｆ４、…）および逆極性の奇数
次数の歪成分（３次歪ｆ３、５次歪ｆ５、…）を入力信
号４９に重畳して、増幅信号４７として出力する。これ
ら増幅信号４６および増幅信号４７は、結合器４３で合
成される。その結果、主信号成分ｆ１および奇数次数の
歪成分（３次歪ｆ３、５次歪ｆ５、…）がキャンセルさ
れる。従って、歪成分発生部４０４は、偶数次数の歪成
分（２次歪ｆ２、４次歪ｆ４、…）のみを出力する。

【０００７】上記のように、歪成分発生回路４０４から
は、偶数次数の歪成分が出力される。再び図５を参照し
て、結合器４０５は、当該偶数次数の歪成分を、ディレ
イ量調整部４０３から出力される適切に遅延された主信
号に重畳して電気光変換部４１０に出力する。その後、
電気光変換部４１０は、入力した電気信号を光信号に変
換する。このとき、電気光変換部４１０から出力される
光信号には、電気光変換部４１０が有する非線形性によ
って、固有の歪成分が重畳されることになる。しかしな
がら、電気光変換部４１０に入力される信号には、すで
に当該固有の歪成分と逆極性の歪成分（ただし、偶数次
数のみ）が重畳されている。そのため、電気光変換部４
１０から出力される光信号からは、電気光変換部４１０
で生じる固有の歪成分がキャンセルされることになる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
線形化装置４００は、ディレイ量調整部４０３や歪成分
発生部４０４など、多数のハード回路を必要とするた
め、回路構成が複雑かつ大型化すると共に、製品コスト
も高くなっていた。また、線形化装置４００は、入力信
号を２つのパスに分割して所定の処理を行うようにして
いるため、当該２つのパス上を伝送される信号間で時間
軸を正確に一致させる必要があった。そのため、厳密な
ディレイ量の調整を必要とするが、このような厳密なデ
ィレイ量の調整は容易ではなく、それがまた製品コスト
を押し上げる原因となっていた。さらに、線形化装置４
００の入力信号のディレイ量自体が周波数特性を持つ場
合、広帯域にわたる入力信号に対応したディレイ量を、
安定して確保するための調整は、一層の困難性を伴って
いた。

【０００９】それ故に、本発明の目的は、簡単でかつ安
価な構成によって信号処理回路が主信号に重畳する２次
歪をキャンセルする線形化装置を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段および発明の効果】

【００１１】第１の発明は、信号処理回路が有する非線
形性に基づく２次歪成分をキャンセルするための線形化
装置であって、信号処理回路が有する非線形な入出力特
性と近似した入出力特性を有するように構成され、当該
信号処理回路で処理されるべき信号に対して予め当該信
号処理回路で生じる歪成分と同等の歪成分を重畳するた
めの非線形回路手段と、非線形回路手段から出力される
信号の極性を反転させた後、信号処理回路に出力する信
号反転手段とを備える。

【００１２】上記のように、第１の発明によれば、非線
形回路手段の入出力特性に基づいて入力信号に重畳され
る歪成分が反転されて信号処理回路に入力される。信号
処理回路において、入力された歪成分に対して逆極性の
歪成分が重畳されるので、結果的に歪成分は、キャンセ
ルされる。

【００１３】第２の発明は、第１の発明に従属する発明
であって、非線形回路手段は、電気信号を光信号に変換
する処理を行う信号処理回路で生じる歪成分と同等の歪
成分を当該信号処理回路で処理されるべき信号に対して
重畳することを特徴とする。

【００１４】上記のように、第２の発明によれば、非線
形回路手段と取り扱う信号の種別が異なる信号処理回路
が主信号に重畳する２次歪成分をキャンセルすることが
できる。

【００１５】第３の発明は、信号処理回路が有する非線
形性に基づく２次歪成分をキャンセルするための線形化
装置であって、信号処理回路から出力される信号の極性
を反転させる信号反転手段と、信号処理回路が有する非
線形な入出力特性と近似した入出力特性を有するように
構成され、信号反転手段から出力される信号に対して２
次歪成分をキャンセルするために当該２次歪成分と同等
の歪成分を重畳する非線形回路手段とを備える。

【００１６】上記のように、第３の発明によれば、信号
処理回路の入出力特性に基づいて歪成分が重畳された入
力信号が反転されて非線形回路手段に入力される。非線
形回路手段において、入力された歪成分に対して逆極性
の歪成分が重畳されるので、結果的に歪成分は、キャン
セルされる。

【００１７】第４の発明は、第３の発明に従属する発明
であって、非線形回路手段は、光信号を電気信号に変換
する処理を行う信号処理回路が入力信号反転信号に入力
される信号に重畳した歪成分と同等の歪成分を信号反転
手段の出力信号に重畳することを特徴とする。

【００１８】上記のように、第４の発明によれば、非線
形回路手段と取り扱う信号の種別が異なる信号処理回路
が予め主信号に重畳した２次歪成分をキャンセルするこ
とができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）図１は、本発
明の第１の実施形態に係る線形化装置を備えた増幅装置
の構成を示すブロック図である。図１において、増幅装
置１００は、線形化装置１０および増幅部１３を備えて
いる。線形化装置１０は、増幅部１１および位相反転部
１２を含んでいる。ここで、設計者等は、予め増幅部１
３の入出力関数を把握し、次に、増幅部１１の入出力関
数が増幅部１３の入出力関数に近似するように、増幅部
１１を構成している。すなわち、増幅部１１は、増幅部
１３が主信号に重畳する２次歪成分に近似した歪成分を
主信号に重畳することができる。増幅部１１の出力信号
の位相を位相反転部１２で反転して増幅部１３に入力す
ると、結果的に、増幅部１３が主信号に重畳する２次歪
成分がキャンセルされる。なお、増幅部１１に入力され
る信号は、ディジタル信号でもアナログ信号でも、また
多重信号でもよく、その性質は特に限定されない。

【００２０】図２は、図１に示す増幅装置１００におけ
る各部の出力信号の周波数スペクトラムの一例を示す図
である。特に、図２（ａ）は増幅部１１の出力信号の周
波数スペクトラムを、図２（ｂ）は位相反転部１２の出
力信号の周波数スペクトラムを、図２（ｃ）は増幅部１
３の出力信号の周波数スペクトラムを、それぞれ示して
いる。以下、この図２を参照して、図１に示す増幅装置
において、歪みがキャンセルされていく過程を説明す
る。

【００２１】図２（ａ）において、信号（１）は増幅部
１１の出力信号の主信号成分を、信号（２）および
（３）は増幅部１１の非線形性に基づいて主信号成分に
重畳される２次歪成分をそれぞれ示している。図２
（ｂ）において、信号（１）’、（２）’および
（３）’は、それぞれ、図２（ａ）に示した信号
（１）、（２）および（３）が位相反転部１２によって
位相反転された結果得られる信号である。図２（ｃ）に
おいて、信号（４）は図２（ｂ）の信号（１）’が増幅
部１３によって増幅された主信号成分を、信号（５）お
よび（６）は増幅部１３の非線形性に基づいて主信号成
分に重畳される２次歪成分を示している。なお、図２
（ｃ）に点線で示した信号（５）’および（６）’は、
増幅部１３の入力信号に重畳されている２次歪成分
（２）’および（３）’が増幅された結果得られる歪成
分である。

【００２２】図２（ａ）に示した増幅部１１の出力信号
は、位相反転部１２に入力される。位相反転部１２は、
入力した信号の位相を反転して、図２（ｂ）に示される
信号を出力する。位相反転部１２の出力信号は、増幅部
１３に入力される。図２（ｃ）に示したように、増幅部
１３が入力信号を増幅する際、非線形性に基づいて２次
歪成分（５）および（６）を主信号に重畳する。さら
に、増幅部１３は、２次歪成分（２）’および（３）’
を増幅した結果得られた２次歪成分（５）’および
（６）’を主信号に重畳する。図２（ｃ）から明らかな
ように、２次歪成分（５）および（６）と２次歪成分
（５）’および（６）’とは、互いに位相が逆である。
従って、増幅部１３が主信号に重畳する２次歪成分は、
増幅部１１が主信号に重畳した２次歪成分によってキャ
ンセルされる。

【００２３】ここで、図１を参照して、非線形回路によ
って重畳される２次歪成分を最も有効にキャンセルする
ための条件について、数式を用いて詳細に説明する。

【００２４】いま、線形化装置１０にＳ₀ として周波数
がｆである信号ｘ₁ が入力されるとする。当該入力信号
ｘ₁ は、増幅部１１に入力される。増幅部１１の入出力
関数Ｆ（ｘ₁ ）が、 Ｆ（ｘ₁ ）＝ａｘ₁ ＋ｂｘ₁ ²（ただし、ａ、ｂは定数） であるとすると、増幅部１１から出力される信号ｙ₁
は、 ｙ₁ ＝ａｆ＋ｂｆ² となる。ｙ₁ は、図１の（ａ）の部分から検出される信
号である。なお、上記増幅部１１および以下に述べる増
幅部１３に係る入出力関数を示す数式において、３次以
上の高調波歪成分は、その記載を省略した。

【００２５】ここで、ａｆは増幅された主信号成分を表
し、ｂｆ² は、増幅部１１の非線形性を原因として発生
した、２次の高調波歪成分を表している。信号ｙ₁ は、
位相反転部１２において位相を反転されて増幅部１３に
入力される。従って、増幅部１３に入力される信号をｘ
₂ とすると、 ｘ₂ ＝−ｙ₁ ＝−（ａｆ＋ｂｆ² ） となる。ｘ₂ は、図１の（ｂ）の部分から検出される信
号である。

【００２６】信号ｘ₂ は、増幅部１３において増幅され
る。増幅部１３の入出力関数Ｇ（ｘ ₂ ）を、 Ｇ（ｘ₂ ）＝ｃｘ₂ ＋ｄｘ₂ ² とすると（ただし、ｃ、ｄは定数）、増幅部１３から出
力される信号ｙ₂は、 ｙ₂ ＝Ｇ（ｘ₂ ） ＝−ｃ（ａｆ＋ｂｆ² ）＋ｄ（ａｆ＋ｂｆ² ）² ＝−ｃａｆ−ｂｃｆ² ＋ａ² ｄｆ² ＋２ａｂｄｆ³ ＋ｂ² ｄｆ⁴ となる。ただし、ｂ≪ａ、ｄ≪ｃである。ｙ₂ は、図１
の（ｃ）の部分から検出される信号である。ここで、
（−ｂｃｆ² ）は、増幅部１１の非線形性によって生じ
た２次歪成分が増幅部１３で増幅されたものである。ま
た、増幅部１３の非線形性により新たに生じた高調波歪
成分は、 ａ² ｄｆ² ＋２ａｂｄｆ³ ＋ｂ² ｄｆ⁴ である。

【００２７】上式において、（ａ² ｄｆ² ）は、増幅部
１３が主信号に重畳した、いわゆる２次歪成分を示して
おり、３次以上の歪成分に比して値が大きい。上式から
明らかなように、本実施形態に係る線形化装置は、信号
処理回路が主信号に重畳する歪信号に近似した歪信号を
反転させ、逆位相にして主信号に重畳する。従って、上
式において、最終的に増幅部１３から出力される信号に
重畳された２次歪成分を示す、−ｂｃｆ² およびａ２ｄ
ｆ² は、相殺することが可能な逆位相の信号となる。そ
の結果、以下に述べるように増幅部１１の入出力特性が
所定の条件を満足することで、上記２つの歪成分を相殺
するような設定を行うことができる。

【００２８】理想的には、歪改善度を最大にするために
設計者等は、 −ｂｃｆ² ＋ａ² ｄｆ² ＝０ が成立するように、増幅部１１の入出力特性の設定をす
る。即ち、増幅部１３の入出力特性を測定して、増幅部
１３の入出力関数に係る定数ｃおよびｄを把握し、 ａ² ｄ＝ｂｃ が成立するように増幅部１１の入出力関数の定数ａおよ
びｂを決定すればよい。なお、上式から明らかなよう
に、歪改善度の最大化条件式に周波数ｆが含まれていな
いので、本実施形態に係る線形化装置は、入力信号の周
波数に依存せずに、適正な２次歪成分を主信号に重畳す
ることができる。

【００２９】非線形回路が主信号に重畳する歪成分をキ
ャンセルする方法は、従来から多数提案されてきた。し
かし、図５に示した線形化装置４００は、主信号をディ
レイさせて歪成分を重畳する方式を採用していたため、
回路構成が極めて複雑化していた。さらに、線形化装置
４００は、主信号のディレイ量の適正化に係る煩雑な調
整を行わなければならなかった。また、線形化装置４０
０は、ディレイ量自体に周波数特性が生じるため、広帯
域にわたって非線形回路の歪補償を行うことが困難であ
った。ここで、高調波歪成分の中で２次の高調波歪成分
が最も大きい。そして、３次以上の高調波歪成分が主信
号に対して与える影響は、２次の高調波歪成分が主信号
に対して与える影響に比べて小さいことが知られてい
る。そこで、本実施形態では、２次の高調波歪成分のみ
に着目して歪のキャンセルを行うことにより、回路構成
を簡素化すると共に、煩雑な調整を不要とし、さらには
周波数に依存せずに高調波歪成分を効果的にキャンセル
することができた。以上に述べたことは、以下に説明す
る第２および第３の実施形態においても同様である。

【００３０】（第２の実施形態）上記のように、第１の
実施形態では、増幅器１１および１３が扱う信号は、と
もに電気信号であった。しかし、単に歪補償の観点から
考えると、線形化装置内に設けられる非線形回路が扱う
信号と、歪補償の対象となる信号処理回路が扱う信号と
が、必ずしも同種の信号である必要はない。以下に説明
する第２の実施形態では、線形化装置内に設けられる非
線形回路が扱う信号と、歪補償の対象となる信号処理回
路が扱う信号とが異なっている。

【００３１】図３は、本発明の第２の実施形態に係る線
形化装置を備える光送信装置の構成を示すブロック図で
ある。図３において、光送信装置２００は、線形化装置
２０および電気光変換部２３を備えている。線形化装置
２０は、増幅部２１および位相反転部２２を含んでい
る。電気光変換部２３は、例えばレーザダイオード（Ｌ
Ｄ）を含み、所定レベル以上の電流が注入されるとレー
ザ光を発光する。なお、電気光変換部２３に注入される
電流レベルとレーザダイオードの光出力とは、既に述べ
たような増幅器類似の相関関係を有する。

【００３２】本実施形態において、線形化装置２０が備
える増幅部２１は、電気信号を受け付け、増幅して出力
する。それに対して、歪補正の対象とされる電気光変換
部２３は、電気信号を受け付けてレーザ光を出力する、
電気光変換部２３である。従って、両者において、それ
ぞれ出力される信号の種別が異なっている。しかし、電
気光変換部２３に注入される電流レベルと、電気光変換
部２３の光出力との相関関係から導出される入出力関数
を把握すれば、その非線形性は、通常の信号処理回路に
係るものであると擬制することができる。従って、設計
者等は、予め電気光変換部２３の入出力関数を把握し、
次に、増幅部２１の入出力関数が電気光変換部２３の入
出力関数に近似するように増幅部２１を構成する。その
結果、増幅部２１は、電気光変換部２３が主信号に重畳
する２次歪成分と近似した歪成分を主信号に重畳するこ
とができる。

【００３３】（第３の実施形態）以上説明した第１およ
び第２の実施形態では、線形化装置は、２次歪成分をキ
ャンセルする対象である信号処理回路に前置されてい
た。しかし、以下に説明するように、本発明の一実施形
態に係る線形化装置は、当該信号処理回路に後置されて
も同様の効果を得ることができる。

【００３４】図４は、本発明の第３の実施形態に係る線
形化装置を備える、光受信装置の構成を示すブロック図
である。図４において、光受信装置３００は、線形化装
置３０および光電気変換部３１を備えている。線形化装
置３０は、位相反転部３２および増幅部３３を含んでい
る。位相反転部３２は、光電気変換部３１が出力する信
号を受け付けて位相を反転して出力する。増幅部３３
は、位相反転部３２が出力した信号を受け付けて、当該
信号を増幅する。設計者等は、予め把握した光電気変換
部３１の非線形性に基づいて増幅部３３を構成してお
り、その結果、増幅部３３は、光電気変換部３１が主信
号に重畳する２次歪成分に近似した、２次歪成分を主信
号に重畳することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る線形化装置の構
成を示すブロック図である。

【図２】本発明の一実施形態に係る線形化装置各部の周
波数スペクトラムを示す図である。

【図３】本発明の第２の実施形態に係る線形化装置の構
成を示すブロック図である。

【図４】本発明の第３の実施形態に係る線形化装置の構
成を示すブロック図である。

【図５】従来の線形化装置を備えた光伝送装置の構成を
示すブロック図である。

【図６】従来の線形化装置が備える歪成分発生部の構成
をより詳細に示すブロック図である。

【符号の説明】

１１、２１、３３…増幅部 １２、２２、３２…位相反転部 ２３…電気光変換部 ３１…光電気変換部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 信号処理回路が有する非線形性に基づく
   ２次歪成分をキャンセルするための線形化装置であっ
   て、 前記信号処理回路が有する非線形な入出力特性と近似し
   た入出力特性を有するように構成され、当該信号処理回
   路で処理されるべき信号に対して予め当該信号処理回路
   で生じる歪成分と同等の歪成分を重畳するための非線形
   回路手段と、 前記非線形回路手段から出力される信号の極性を反転さ
   せた後、前記信号処理回路に出力する信号反転手段とを
   備える、線形化装置。
2. 【請求項２】 前記非線形回路手段は、電気信号を光信
   号に変換する処理を行う前記信号処理回路で生じる歪成
   分と同等の歪成分を当該信号処理回路で処理されるべき
   信号に対して重畳することを特徴とする、請求項１に記
   載の線形化装置。
3. 【請求項３】 信号処理回路が有する非線形性に基づく
   ２次歪成分をキャンセルするための線形化装置であっ
   て、 前記信号処理回路から出力される信号の極性を反転させ
   る信号反転手段と、 前記信号処理回路が有する非線形な入出力特性と近似し
   た入出力特性を有するように構成され、前記信号反転手
   段から出力される信号に対して歪成分を重畳する非線形
   回路手段とを備える、線形化装置。
4. 【請求項４】 前記非線形回路手段は、光信号を電気信
   号に変換する処理を行う前記信号処理回路が前記入力信
   号反転信号に入力される信号に重畳した歪成分と同等の
   歪成分を前記信号反転手段の出力信号に重畳することを
   特徴とする、請求項３に記載の線形化装置。